[發明專利]金屬磷化物和雜原子摻雜多孔碳復合材料及其制備與應用

在審

• 申請號: 201910029998.0
• 申請日: 2019-01-11
• 公開（公告）號: CN111434607A
• 公開（公告）日: 2020-07-21
• 發明（設計）人: 趙麗;楊照瑾;楊東輝;陸行;韓寶航
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: C01B32/318
• 分類號: C01B32/318
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君;王文紅

本發明提供一種金屬磷化物和雜原子摻雜多孔碳復合材料及其制備與應用。所述多孔碳復合材料是由生物質衍生聚合物和金屬鹽為原料而制得。復合材料含有雜原子官能團，含有金屬磷化物,組成金屬磷化物的金屬為Fe、Co、Ni、Cu、Rh、Ru、Mn、Mo中的一種或幾種，所述金屬磷化物顆粒大小為1～80nm。本發明提出的金屬磷化物和雜原子摻雜多孔碳復合材料，以廉價易得的物質衍生物為原料，原料提供碳源、氧源、磷源、氮源或硫源，在溫和的條件下將金屬磷化物和雜原子摻雜多孔碳材料結合，制備方法簡單，得到的復合材料比表面積大，能夠提供大量反應活性的位點，在電催化、鋰硫電池、鈉電池、超級電容器以及氣體吸附領域具有更好的性能。

技術領域

本發明屬于能源材料領域，具體涉及一種多孔碳復合材料及其制備與應用。

背景技術

隨著社會的快速發展，化石能源的密集使用除了使其儲存量急速下降，也帶來了一系列環境問題。日益嚴重的環境污染和化石燃料消耗導致的全球能源危機促使人們尋找綠色和可持續的清潔能源。近年來，全球的科技工作者在積極地研發綠色環保的可再生能源技術。發展可再生能源技術，材料是關鍵因素之一。

過渡金屬磷化物和雜原子摻雜多孔碳材料是兩類廣泛應用于電催化、超級電容器、鋰硫電池電極及氣體吸附的材料。過渡金屬磷化物由于其催化特性及電子性質，在電池、電催化、加氫、脫硫等反應中具有較好的性能。同時，它在酸性和堿性溶液中有著較好的穩定性。雜原子摻雜多孔碳材料具有優異的導電和機械性能，內部可調的孔結構可以提供電解液和電子的擴散傳輸路徑，進而提高電化學性能；碳材料也很容易與其他活性材料結合制備高性能復合材料，金屬磷化物和雜原子摻雜多孔碳材料二者的復合材料也越來越受到關注。傳統制備金屬磷化物的方法主要包括：五氯化磷或磷化氫還原金屬鹽；金屬有機化學氣相沉積；氫氣氛圍中磷酸鹽的還原；溶劑熱等方法。而將金屬磷化物和雜原子摻雜多孔碳材料結合，一般需要預先制備碳材料，再進行金屬磷化物摻雜和復合。上述方法存在原料成本高、條件苛刻、過程復雜等缺點，因此有必要探索以更廉價的原料，通過更簡單、可持續性的方法制備過渡金屬磷化物/雜原子摻雜多孔復合材料。

發明內容

針對本領域存在的不足之處，本發明旨在提出一種金屬磷化物和雜原子摻雜多孔碳復合材料。

本發明的第二個目的是提出所述以生物質衍生聚合物和金屬鹽為原料的金屬磷化物和雜原子摻雜多孔碳復合材料的制備方法。

本發明的第三個目的是提出所述的金屬磷化物和雜原子摻雜多孔碳復合材料的應用。

實現本發明目的的技術方案為：

一種金屬磷化物和雜原子摻雜多孔碳復合材料，所述多孔碳復合材料含有金屬磷化物，組成所述金屬磷化物的金屬為Fe、Co、Ni、Cu、Rh、Ru、Mn、Mo中的一種或多種，所述金屬磷化物顆粒大小為1～80nm；所述多孔碳復合材料是由生物質衍生聚合物和金屬鹽為原料而制得，含有雜原子官能團，所述雜原子為氧、磷、氮、硫中的一種或多種。

進一步地，所述多孔碳復合材料的比表面積為500～2000m²/g，孔徑為0.5nm～50nm，孔容為0.10～1.0cm³/g。

一種金屬磷化物和雜原子摻雜多孔碳復合材料的制備方法，包括步驟：

1)以含有雜原子官能團的生物質衍生聚合物為原料，與一種或多種金屬鹽進行絡合預聚；

2)步驟1)制得的材料在500℃～1000℃的溫度下，進行碳化/自活化處理，即得金屬磷化物和雜原子摻雜多孔碳復合材料。

4、根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述生物質衍生物選自植酸、幾丁質、殼聚糖、單寧酸、蛋白質中的兩種或多種；所述蛋白質為絲蛋白、膠原蛋白、角質蛋白中的一種或多種。